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1、湖底污泥微生物燃料電池的研究重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：曹金鵬指導教師：陳昌國教授專業(yè)：化學工程與技術學科門類：工學重慶大學化學化工學院二O一四年四月TheStudyofMicrobialFuelCellswithLakeBottomSludgeAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByCaoJinpengSupervisedbyProf.ChenChangguoSpecialty
2、：ChemicalEngineeringandTechnologyCollegeofChemistry&ChemicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2014重慶大學碩士學位論文中文摘要摘要微生物燃料電池是一種將生物能直接轉化為電能的環(huán)境友好、可循環(huán)使用的新技術，尤其在廢水處理、新型能源等領域極具發(fā)展前景。微生物燃料電池的電化學性能主要與負極材料種類、生物相容性以及微生物與電極間電子傳遞阻力密切相關。本文旨在通過各類電化學測試技術，針對以湖底污泥為菌源，自然狀態(tài)下運行的微生物燃料電池及其負極
3、修飾展開研究。本文首先對采自民主湖的菌源進行5個周期的小電流間歇通電馴化，得到電化學活性菌源。然后分別使用不銹鋼網、泡沫鎳和碳刷3種材料作為負極，以標準三電極和雙室質子交換膜電池系統(tǒng)分析評價其電化學性能。結果表明，開路電壓和循環(huán)伏安曲線峰電流在一定時間內隨著培養(yǎng)時間延長，分別呈現(xiàn)負移和增大的趨勢，表明電化學活性逐步改善。時間進一步延長，隨著營養(yǎng)物質的消耗和負極室內細菌代謝產物積累，性能有降低趨勢。同期交流阻抗分析顯示，培養(yǎng)后電極電化學阻抗、擴散阻抗均有不同程度下降。最后電池系統(tǒng)測試表明，不銹鋼網、泡沫鎳和碳刷最大開路電壓分別為300mV，380mV和460mV，最大
4、輸出功率分別為0.071μW，7.284μW和41.823μW。在上述研究基礎上，采用鄰苯二酚紫對電極材料進行修飾。循環(huán)伏安、交流阻抗等電化學測試均表明鄰苯二酚紫能作為電子傳輸中介體，在電極表面吸附成膜，提高電子傳輸效率，所以對提升電極電化學性能有一定作用。電池組裝測試表明，鄰苯二酚紫對不銹鋼網和泡沫鎳系統(tǒng)的修飾效果較為明顯，最大輸出功率分別提升14%和60%；修飾后碳刷系統(tǒng)雖然開路電壓提升38%，但輸出功率下降78%，結合循環(huán)伏安測試結果和碳刷電極使用后形貌分析，認為鄰苯二酚紫在碳纖維間吸附，對孔隙率、表面積等電極結構產生較大影，造成產電能力下降。綜上所述，本文以
5、湖底污泥為菌源，分別采用不銹鋼網、泡沫鎳和碳刷成功搭建了自然條件下運行的雙室微生物燃料電池，采用鄰苯二酚紫對負極材料進行修飾初見成效。此外，電池負極室電解液化學需氧量測試表明，裝置運行期間化學需氧量降解率最高可達85%以上，表現(xiàn)出對污水凈化的潛在能力。關鍵詞：微生物燃料電池，湖底污泥，負極修飾，鄰苯二酚紫I重慶大學碩士學位論文英文摘要AbstractMicrobialfuelcellisanenvironmentalfriendly,recycled,newtechnology,whichcantransformbioenergytoelectricitydirec
6、tly.Thus,itisverypromisinginwastewatermanagementandnewenergyfield.Theelectrochemicalperformancesofthemicrobialfuelcellsaremainlydeterminedbytheiranodematerialsbecauseoftheimportanceofbiocompatibilityandtheresistanceofelectrontransferbetweentheelectrodeandmicroorganism.Thispaperisaimedt
7、oconductresearchesonthedualchamberMFCequipmentrunningundernaturalconditionswithlakesludgeasitsbacteriasourceanditsmodificationofanodematerialsbyseveralelectrochemicalmethods.Firstofall,thebacteriaobtainedfromlakesludgeweretrainedtothebacteriawithelectrochemicalactivitythroughsmallint
